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SFB 716 Teilprojekt D.8 SFB

Adaptive Gitterimplementierung für parallele kontinuumsmechanische Methoden in der Partikelsimulation
ProjekttypSFB
Gefördert durch DFG - Sonderforschungsbereich 716
Beginn 2015/01/01
Ende
Leiter Prof. Dr. rer. nat. habil. Miriam Mehl
Mitarbeiter Lahnert, Michael
Ansprechpartner Mehl, Miriam
Kooperationspartner Carsten Burstedde, INS, Universität Bonn
Kurzbeschreibung

Zur Ausweitung simulierbarer Gebietsgrößen und Zeitspannen sind adaptive Rechengitter eine sehr effiziente Methode, die die Anzahl der Datenpunkte und damit der Rechenoperationen auf einem realisierbaren Niveau hält. Verändert sich das Szenario über die simulierte Zeitspanne, so muss zusätzlich die lokale Auflösung dynamisch angepasst werden. Baumstrukturierte adaptive Gitter wie Oktalbäume haben gegenüber anderen Gittertypen, insbesondere unstrukturierten Gittern, den Vorteil, aufgrund der klar definierten Verfeinerungsstruktur mit minimalem Speicheraufwand auszukommen und gleichzeitig sehr effizient und lastbalanciert partitionierbar zu sein. Trotz der Strukturiertheit bieten sie beliebig lokale und dynamische Verfeinerungsmöglichkeiten. Die Schwierigkeit bei der Nutzung für bestehende Anwendungscodes liegt jedoch gerade in der speziellen Struktur und dem Wunsch, Effizienzgewinne voll auszuschöpfen. Im Idealfall folgt der Algorithmus des Simulationsprogrammes der Baumstruktur, was jedoch tiefgreifende und in der Regel nicht in akzeptabler Zeit realisierbare Veränderungen des gesamten Simulationscodes nach sich zieht. Viele Anwendungen stellen daher baumstrukturierte Gitter als unstrukturierte Gitter dar, speichern also alle Beziehungen zwischen Gitterknoten, -kanten, -flächen und -volumenelementen und verlieren damit einen großen Teil der durch die Strukturiertheit gegebenen Vorteile. Da auf heutigen und in noch höherem Maße noch auf zukünftigen Rechenarchitekturen Sparsamkeit im Speicherbedarf und -zugriff und eine gute Parallelisierbarkeit entscheidend sind für die Gesamteffizienz einer Software, müssen dringend Konzepte entwickelt werden, baumstrukturierte Gitter in effizientere Datenstrukturen umzusetzen, die es Anwendercodes trotzdem ermöglichen, die Daten anhand einfacher Iteratoren, also Schleifen über bestimmte Gitterelemente, zu durchlaufen. Um Cache-Hierarchien optimal auszunutzen, sollten die zugrunde liegenden Datenstrukturen außerdem eine hohe räumliche und zeitliche Lokalität der Datenzugriffe ermöglichen und diese auch im Falle adaptiver Verfeinerungen beibehalten. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Implementierung eines solchen Konzepts sowie die Anwendung auf Probleme aus dem SFB, die dringend auf eine Erweiterung der simulierbaren Gebietsgrößen und Zeitskalen angewiesen sind, um ausreichend genaue und aussagekräftige Simulationsergebnisse zu erhalten.

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